跨座式单轨转向架试验台走行轮试验系统位姿解算研究

作     者：隋艳霞 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈熔

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：单轨车辆 位姿解算 转向架试验台 齐次坐标变换矩阵 仿真验证 

摘      要：随着城市人口的增加,交通状况变得极为拥挤,给居民的生活和出行带来了极大的不便,现阶段我国多采用的是地铁轨道交通,通过在地下建设专用轨道,既节省了路面空间,又避免了交通拥堵,它具有快速、稳定、便捷、环保等优点,从而快速成为最受欢迎的出行方式。但是在长期的发展过程中发现,地铁轨道交通在带给我们便利的同时,也存在着造价高、噪声大、潜在地质灾害等缺陷。此时,单轨交通系统以其工期短、造价较低、噪声小等优点快速得到大家的广泛认可。与传统双轨车辆一样,转向架是单轨车辆的重要组成部分,其性能好坏直接影响着行车安全,因此吉林大学汽车运输工程研究所设计了单轨车辆转向架试验台,可以对单轨车辆的转向架进行各种性能试验,保证其行车安全。以跨座式单轨车转向架试验台为研究对象,对其走行轮试验系统进行位姿解算分析。首先,查阅相关文献,简要介绍单轨车辆和转向架试验台的研究现状,确定利用齐次坐标变换矩阵对走行轮试验系统进行位姿解算;其次,详细介绍单轨车辆转向架试验台(尤其是走行轮试验系统)的机械结构组成和工作原理,为位姿解算研究奠定理论基础。本论文主要包括以下几个部分:(1)查阅国内外相关文献,介绍了单轨车辆以及单轨车辆转向架试验台的国内外研究现状。(2)对走行轮试验系统的作动器进行编号,以方便区分驱动走行轮试验系统的5个作动器;同时,为走行轮试验系统建立合适的坐标系(包括一个全局坐标系和两个局部坐标系),确定出走行轮试验系统关键连接点的坐标向量。其次,根据已确定出来的坐标向量,利用齐次坐标变换矩阵和机械结构的相互运动关系,建立走行轮试验系统位姿解算的数学模型,其中,1、2号作动器采用直接连接方式,3、4、5号作动器采用间接连接方式,所以需要建立不同的数学模型;根据建立的数学模型,利用Matlab软件,编写位姿解算程序。(3)依据轨道梁的建造参数,给定走行轮试验系统中运动平台的预期位姿(包括单自由度位姿和多自由度位姿),通过位姿解算程序求解,得到5个作动器的实时伸缩量,最后经过数据处理,得到更加直观的作动器实时伸缩量曲线。(4)利用Solidworks建立走行轮试验系统的机械结构简化模型并导入到Adams软件中,经过设置材料属性、添加运动副和施加位移载荷,最终进行仿真验证。将测量得到的5个作动器的实时伸缩量与通过位姿解算程序求得的实时伸缩量进行对比,二者结果完全一致,说明本论文的位姿解算研究是完全正确的。